天工学子攻克锂电负极技术难关 自主研发新型材料赋能产业创新升级

—— 天津工业大学学生课题组突破硅基材料瓶颈，剑指创新成果产业化

近日，一支由天津工业大学材料科学与工程学院学生自主组建的科研课题组在锂电新材料领域取得关键突破，团队成员来源于天津工业大学材料科学与工程学院科研招募计划，并与马昌教授与崔晓情辅导员取得联系，拥有了专业指导和自主研发的综合能力。团队自主研发的碳涂层 Si/C 复合纳米纤维膜（C-Si-CNF），成功解决了硅基负极材料体积膨胀大、导电性差的行业痛点，为柔性锂离子电池高性能电极研发提供了全新方案。该团队以 “自主研发赋能锂电新发展” 为核心目标，深耕实验室攻关的同时，正稳步推进技术专利申报与产业化布局，勾勒出未来创办科技公司、推动成果落地的长远蓝图，更以技术创新为支点，为社会发展贡献多重价值。

图1 Si/C 复合纳米纤维膜商标

走进天津工业大学材料科学与工程学院的先进碳材料实验室，一张由改为管式气氛炉、水热反应釜、电化学分析仪、手套箱组成的 “攻坚矩阵” 格外醒目，这些精密仪器正是团队实现技术突破的核心支撑。

图2 管式气氛炉、水热反应釜、电化学分析仪、手套箱仪器图

作为项目的核心技术力量，实验团队（主要由材料科学与工程学院学生组成）承担了从材料设计到性能验证的全链条科研任务：为攻克硅基材料在锂离子嵌入 / 脱嵌过程中300%的体积膨胀难题，团队成员放弃大量课余时间，扎根实验室反复优化实验方案：通过静电纺丝技术制备 Si/C 纳米纤维基底，再经加工工艺，成功构建出碳涂层与中空 Si/SiOx 嵌入的分级多孔结构。在无数次的材料合成、结构表征与电化学性能测试中，团队最终实现关键技术突破 —— 所制备的 C-Si-CNF 膜作为无粘结剂自支撑负极，在0.2 A・g-1电流密度下展现出694.7 mAh・g-1的高容量，300 次循环后容量保持率仍达 92.6%，且在电流密度从 0.1 增至5 A・g-1时，容量保持率达 36.9%，各项性能指标均处于行业先进水平。实验室里，成员们身着白大褂专注操作的摆拍照片，定格了他们调试仪器、记录数据的专注瞬间；而一张张实验服合照，则见证了团队协作攻克技术难关的温暖历程。

图3 实验团队成员在进行研究测试、查阅文献

这支科研团队的核心力量均来自天津工业大学材料科学与工程学院，扎实的材料科学理论功底与实验操作能力，为项目推进提供了坚实基础。为提升技术落地可行性，团队创新性地吸纳有丰富专业知识的经管同学组建财务部门，财务部门聚焦项目产业化的经济可行性，开展了全面的成本核算工作，细化原材料采购、设备使用、工艺优化等环节的成本构成，建立成本控制模型；同时调研锂电材料市场的价格波动规律，结合技术优势设计差异化定价策略，完成商业模式梳理与盈利预测，为项目后续融资、投产提供了专业的财务分析支撑。

图4 财务部门正在进行成本核算

图5 调研部门则承担了市场需求挖掘与行业趋势研判的核心任务：通过走访新能源汽车企业、3C 电子产品厂商、储能电站运营商等下游客户，深度了解行业对锂电材料的性能诉求与应用场景痛点；系统梳理国内外锂电新材料的技术专利布局、市场竞争格局，分析行业政策导向与技术发展趋势，形成多份详实的市场调研报告，为实验团队的技术优化方向提供了市场依据，也为财务部门的商业规划奠定了基础。多学科交叉的团队构成，让科研创新与市场需求精准对接，大幅提升了项目的落地概率。目前，团队已围绕该新型复合材料的制备工艺、结构设计等核心创新点，紧锣密鼓地推进专利申报工作，力求将科研成果转化为受法律保护的知识产权。

图5 调研部门正在与企业项目对接人员交流

在国家大力支持科技创新与产业升级的政策东风下，项目的产业化进程具备了得天独厚的发展环境。当前，《“十四五” 新能源汽车产业发展规划》《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》等多项国家政策明确提出，要突破锂电核心材料等关键技术瓶颈，支持高端新材料产业化示范，鼓励高校、科研院所与企业开展产学研合作，推动创新成果转化落地。团队的技术研发方向与产业化规划，完全契合国家战略需求与产业政策导向，未来将积极对接国家高新技术企业认定、科技型中小企业扶持、创新创业专项基金等政策资源，争取获得政策资金、税收优惠、产学研合作平台等多方面支持。同时，团队计划以技术专利为核心，通过技术转让、联合开发、共建产业化基地等多种模式，与行业龙头企业开展深度合作，快速打通 “实验室-中试-量产” 的转化通道，推动新型锂电材料实现规模化生产与市场化应用，预计在未来3-5年内完成中试线建设与产品认证，逐步进入新能源汽车、储能电站等核心应用市场，打造具有自主知识产权的锂电材料品牌。

图6 《“十四五” 新能源汽车产业发展规划》政策

这项技术创新背后，蕴含着层次丰富、影响深远的社会价值与行业贡献。从产业升级维度，新型碳涂层 Si/C 复合纳米纤维膜的研发成功，打破了硅基材料在锂电领域规模化应用的技术瓶颈，其高容量、长循环、强稳定性的核心特性，可广泛适配新能源汽车、便携式电子设备、储能电站、无人机等多元场景，不仅能助力终端产品实现续航能力跃升、使用寿命延长，更能推动我国锂电核心材料从 “跟跑” 向 “并跑”“领跑” 转型，大幅提升核心材料自主化率，减少对国外高端电极材料的进口依赖，为我国新能源产业在全球市场竞争中构筑技术壁垒与成本优势。从绿色低碳发展维度，高性能锂电材料的普及将加速新能源替代化石能源的进程，助力交通运输、工业生产、居民生活等领域降低碳排放强度，为国家 “双碳” 战略目标的实现提供关键技术支撑；而无粘结剂自支撑的创新结构设计，不仅减少了粘结剂等辅料的使用量，降低了电池生产过程中的资源消耗，更简化了电池回收流程，减少了回收过程中的环境污染，形成“研发-生产-回收”的绿色闭环，完全契合《“十四五”工业绿色发展规划》中 “推动绿色制造、构建低碳产业链” 的发展导向。从人才培养与社会活力维度，学生团队自主组队、跨学科协作、产学研对接的科研模式，为高校创新创业人才培养提供了可复制、可推广的实践范本，既锻炼了青年学子的科研创新能力、工程实践能力，更培养了其市场思维、产业思维与社会责任感；未来项目产业化后，将直接带动材料研发、生产制造、市场推广、售后服务等全链条就业岗位增长，预计初期可创造数十个高质量就业机会，随着产业规模扩大，就业拉动效应将持续释放，同时还能吸引上下游配套企业集聚，为地方经济发展注入新的增长极，助力区域产业结构优化升级。此外，团队的科研探索与创业实践，也将激发更多青年学子投身新能源、新材料等战略性新兴产业的热情，为国家培育更多具备科研素养与产业情怀的复合型人才。

图7 团队成员进行项目学习、商讨实验方案

谈及未来规划，项目负责人王睿明确表示，创办具备核心竞争力的科技公司是长远发展目标，现阶段将聚焦四大核心任务稳步推进：一是持续深化科研攻关，聚焦硅负载量提升、循环稳定性优化、生产成本控制三大关键方向，开展迭代研发，计划在未来1-2年内实现材料能量密度再提升 15% 以上，循环寿命突破 1000 次，同时开发适用于固态电池、柔性电池的专用材料，拓展应用场景；二是强化市场对接与产业化筹备，依托调研部门的市场资源，与更多下游企业建立合作关系，开展小批量样品试用，收集反馈并优化产品性能，同步完成产业化项目可行性研究报告、商业计划书修订，积极对接投资机构与产业基金，为项目融资与公司注册奠定基础；三是加强学术交流与成果输出，除计划在《材料研究通报》等核心期刊发表高水平论文外，还将参与国际锂电材料研讨会、行业展会等活动，分享技术成果，扩大行业影响力，同时持续推进专利布局，形成 “核心专利+外围专利” 的全方位保护体系；四是完善团队建设与产学研合作，吸纳更多材料、化工、经管、法律等领域的优秀学生加入团队，优化人才结构，同时深化与天津工业大学材料学院、新能源企业、科研院所的合作，共建联合研发中心，共享技术资源与市场渠道，形成 “产学研用” 协同发展的良好生态。未来，团队将始终依托材料学院的优质科研资源，在调研、科研、论文发表、项目迭代的道路上持续前行，以青春力量推动锂电新材料技术产业化，为我国新能源产业高质量发展、绿色低碳社会建设注入持久动能。图8